一种燃料电池双极板密封结构及燃料电池电堆的制作方法

本发明涉及燃料电池，特别涉及一种燃料电池双极板密封结构及燃料电池电堆。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池一直是新能源领域研究的热点，电堆是由多个单电池堆叠而成，单电池与单电池之间通过密封圈进行密封，百千瓦级别的电堆的密封长度甚至达到了1000m，密封结构的设计直接影响燃料电池的安全性、可靠性和耐久性，在燃料电池的实际应用中，各单电池的密封件常常因为结构设计问题出现不同程度的损伤或失效，导致电堆产生泄露，极大的缩短了燃料电池的使用寿命，因此，密封结构的设计对燃料电池至关重要。

2、如公告号cn 111755713 a表述了一种凸脊型的燃料电池双极板密封结构，双极板上一体成型有凸脊，双极板与膜电极边框间设置有密封胶线，密封胶线通过型腔注射成型复合在凸脊上，需要定制专门的胶线成型模具，且多一道注塑胶线的工艺，此种做法与将密封胶线注塑在膜电极上没有区别，对工艺的优化并不大。

3、如公告号cn 209344230 u提出了一种凸台式的燃料电池密封结构，旨在解决现有技术中手工放置硅胶密封圈人力成本高，注塑成型硅胶密封圈研发成本高的问题。但是凸台上密封胶的高度与宽度控制无法实现，容易出现胶宽过短或者密封胶溢出凸台的风险，导致密封失效。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种燃料电池双极板密封结构及燃料电池电堆，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、为解决上述技术问题所采用的技术方案：

3、首先本发明提供一种燃料电池双极板密封结构，包括：膜电极边框，设有截面为梯形结构的第一密封凸脊、位于第一密封凸脊内端和外端的两个第二密封凸脊，所述第二密封凸脊与第一密封凸脊凸起方向相同；阴极板，设于膜电极边框的一侧，所述阴极板设有内外设置的至少两个朝向膜电极边框凸起的第三密封凸脊，所述第三密封凸脊与第一密封凸脊的一侧面弹性抵接；阳极板，设于膜电极边框的另一侧，所述阳极板设有内外设置的至少两个朝向膜电极边框凸起的第四密封凸脊，所述第四密封凸脊与第一密封凸脊另一侧面弹性抵接；第二密封凸脊与所述阴极板或阳极板的一侧面弹性抵接，以使第一密封凸脊内外两端与所述阳极板或阴极板的侧面弹性抵接。

4、本燃料电池双极板密封结构的有益效果是：在使用时，阴极板、膜电极边框与阳极板依次叠合在一起，在外部的已尽力作用下，阴极板通过至少两个第三密封凸脊来与第一密封凸脊的其中一侧面弹性密封抵接，而阳极板通过至少两个第四密封凸脊与第一密封凸脊的另外一侧面弹性密封抵接，而膜电极边框通过两个第二密封凸脊来与所述阴极板或阳极板的其中一侧面弹性密封抵接，使得第一密封凸脊的内端和外端形成弯曲的凸脊也与对侧的阳极板或阴极板的侧面弹性密封抵接，这样膜电极边框与极板之间形成四个间隔设置的密封抵触部，使得膜电极边框与极板之间的气场共同形成三个密封区域，将预紧力转化为线性压力，再转化为局部密封压力，本发明相比于外沿凸起的密封槽结构，占用空间小，能提高极板的有效利用面积，本发明的压纹型结构无需密封胶，能减少电堆的重量，提高电堆的质量功率密度。

5、作为上述技术方案的进一步改进，所述膜电极边框往外伸出至阴极板与阳极板之间的外端侧。防止阴极板、阳极板经过压缩后接触造成电堆短路。

6、作为上述技术方案的进一步改进，所述第一密封凸脊小于第二密封凸脊的凸起高度，所述第三密封凸脊与第四密封凸脊一一对应。

7、此外第三密封凸脊和第四密封凸脊的凸起高度大于第二密封凸脊，这样在压紧时，首先第三密封凸脊和第四密封凸脊为主要受力点，然后第二密封凸脊再受力，最后第一密封凸脊的两端才受力，施加于第二密封凸脊、第三密封凸脊和第四密封凸脊上的密封压力也大于第一密封凸脊。

8、作为上述技术方案的进一步改进，所述第二密封凸脊的截面为矩形或圆弧形。

9、作为上述技术方案的进一步改进，所述第三密封凸脊和第四密封凸脊均设有两个。

10、作为上述技术方案的进一步改进，两个第二密封凸脊、两个第四密封凸脊、两个第三密封凸脊均以第一密封凸脊的中心线呈镜像对称。这样可平衡压紧力，避免出现局部应力过大的情况。

11、作为上述技术方案的进一步改进，所述阴极板、阳极板与膜电极边框均采用具有良好弹塑性的材料制成。

12、作为上述技术方案的进一步改进，所述第三密封凸脊和第四密封凸脊通过冲压而成的截面为圆弧形结构。

13、作为上述技术方案的进一步改进，所述膜电极边框通过注塑制成。

14、此外，本发明还提供一种燃料电池电堆，包括若干所述燃料电池双极板密封结构，相邻的两片阴极板和两片阳极板均通过焊接密封连接。

技术特征：

1.一种燃料电池双极板密封结构，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：所述第二密封凸脊(120)的截面为矩形或圆弧形。

5.根据权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：所述第三密封凸脊(210)和第四密封凸脊(310)均设有两个。

6.根据权利要求5所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的燃料电池双极板密封结构，其特征在于：所述膜电极边框(100)通过注塑制成。

10.一种燃料电池电堆，其特征在于：包括若干如权利要求1至9任一项所述燃料电池双极板密封结构，相邻的两片阴极板(200)和两片阳极板(300)均通过焊接密封连接。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池双极板密封结构及燃料电池电堆，包括膜电极边框、阴极板、阳极板，膜电极边框设有截面为梯形结构的第一密封凸脊、位于第一密封凸脊内端和外端的两个第二密封凸脊；阴极板设有至少两个朝向膜电极边框凸起的第三密封凸脊，第三密封凸脊与第一密封凸脊的一侧面弹性抵接；阳极板设有至少两个朝向膜电极边框凸起的第四密封凸脊，第四密封凸脊与第一密封凸脊另一侧面弹性抵接；第二密封凸脊与阴极板或阳极板的一侧面弹性抵接，以使第一密封凸脊内外两端与阳极板或阴极板的侧面弹性抵接。将预紧力转化为线性压力，再转化为局部密封压力，占用空间小，无需密封胶，能减少电堆的重量，提高电堆的质量功率密度。

技术研发人员：向蔚,潘牧,戈琛,范卫东,张立昌,梅坚,浦及,谢倩雅
受保护的技术使用者：佛山仙湖实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15